新疆生产建设兵团典型团场畜禽粪污土地承载力测算与分析

刘福元，郜兴亮，叶东东，杨井泉，杨国江，翟中葳，张文涛，毋 婷

(1.新疆农垦科学院畜牧兽医研究所，新疆 石河子 832000；2.新疆生产建设兵团农业农村局，新疆 乌鲁木齐 830000；3.新疆农垦科学院农田水利与土壤肥料研究所，新疆 石河子 832000；4.农业农村部环境保护科研监测所，天津 300191；5.新疆生产建设兵团畜牧兽医总站，新疆 乌鲁木齐 830000)

本文为探究兵团畜禽粪污土地承载力现状，通过收集2019年兵团39个典型农牧团场相关数据资料，采用《畜禽粪污土地承载力测算技术指南》中的相关计算方法与团队前期研究成果，对典型团场养殖粪污土地承载力进行了测算与分析，为“十四五”兵团现代畜牧业发展规划的编制与畜禽养殖的科学布局，推进构建种养结合、农牧循环、可持续发展畜牧业发展新格局，提供重要技术和理论支撑。

1 材料与方法

1.1 数据来源

1.1.1 团场的选择 本研究选择了兵团南北疆不同垦区14个师的 39个农牧团场，其中南疆团场9个和北疆团场30个；其中也包含了兵团12个环境敏感的近郊团场。

1.1.2 养殖与种植数据获取 通过行政部门发文收集和技术人员实地调研两种方式相结合，获得各团场2019年种植信息和养殖信息。

植物信息涵盖了各典型团场绝大部分种植种类，主要包括：水稻、小麦、大麦、玉米、豆类、薯类、油葵、油菜、棉花(皮棉)、打瓜、食葵、甜菜、加工番茄、啤酒花、枸杞、葡萄、苹果、梨、桃、红枣、核桃、杏、瓜果、蔬菜、苜蓿、青贮玉米共26种粮食、经济、果树、果蔬、牧草作物的种植面积与产量。

养殖信息涵盖了各典型团场绝大部分养殖种类，主要包括：生猪、奶牛、肉牛、羊、蛋鸡、肉鸡、马驴、兔子、骆驼、马鹿、鸭鹅、鸽子共12种畜禽2019年度年末存栏量(头、只、羽)。

1.1.3 主要植物新增100 kg经济产量所需要的氮(N)磷(P)含量 通过参照《新疆主要农作物营养套餐施肥技术》[9]和董红敏等《土地承载力测算技术指南》[10]中数据，收集整理出了兵团主要农作物形成100 kg经济产量所需的N、P量，见表1。

表1 主要农作物形成100 kg经济产量所需的N、P量

1.1.4 土壤信息获取 通过查阅2010-2019年新疆(兵团)南北疆不同地域有代表性的专业文献，结合新疆农垦科学院农田水利与土壤化肥研究所历年来的测算结果，分析汇总得到兵团南北疆土壤有机质、全氮、全磷、有效磷的平均值(表2)。

表2 新疆土壤养分汇总

按照董红敏等[10]中土壤不同氮磷养分水平下施肥共计养分占比推荐值,结合新疆兵团大田及果园土壤的实际情况，得出新疆北疆地区土壤氮养分等级为Ⅲ级，施肥供给占比为55%；土壤磷养分等级为Ⅱ级，施肥供给占比为45%。新疆南疆地区土壤氮养分等级为Ⅲ级，施肥供给占比为55%；土壤磷养分等级为Ⅲ级，施肥供给占比为55%。

由于人类在抗炎症疾病和农渔牧业养殖中不合理使用抗生素，导致耐药菌株不断增加。目前，临床上可供选择的抗菌素越来越少。在人类与疾病的抗争史中，中草药用于炎症的治疗有明确记载。从中草药中发现新的抗菌药成为很多医药学者研究的目标。

1.2 方法

1.2.1 各典型团场畜禽粪污氮和磷产生量、收集率及处理留存率 按照前期畜禽粪便的排泄量与品种、体重、生理状态、饲料组成和思维方式等相关[11-12],本研究估算各类畜禽粪污产生量及氮、磷养分含量系数按照刘福元等[13]研究成果；粪污氮磷收集率和处理留存率按照《土地承载力测算技术指南》中的参数[10]。为了方便评估统一采用可比较不同畜禽氮(磷)排泄量的度量单位即猪当量，并设定1头猪为1个猪当量，1个猪当量的氮排泄量11 kg，磷排泄量为1.65 kg。并分别计算各典型团场畜禽粪污氮、磷养分产生量；畜禽粪污氮、磷养分收集量；畜禽粪污氮、磷养分处理后留存率；单位猪当量粪肥氮、磷养分供给量。

1.2.2 各典型团场畜禽粪肥氮和磷养分需求量 畜禽粪肥养分需求量根据土壤肥力、作物类型和产量、粪肥施用比例和粪肥当季利用效率等确定。粪肥中氮素当季利用率推荐值为25%～30%，磷素当季利用率推荐值为30%～35%，本文根据兵团实际情况，粪肥氮当季利用率按照30%取值，粪肥磷当季利用率按照35%取值，畜禽产生的粪污全部就地利用,有机肥替代化肥比例按照50%取值。并分别计算各典型团场内作物需要氮、磷总量；区域内植物粪肥氮、磷养分需求量。

1.2.3 区域畜禽粪污土地承载力指数 区域畜禽粪污土地承载力等于区域植物总的粪肥养分需求量除以单位猪当量粪肥养分供给量,计算得到区域理论最大养殖量(以猪当量计),计算公式如下：

式中：R为区域畜禽以作物粪肥养分需求为基础的最大养殖量,猪当量;NUr,m为区域内植物粪肥养分需求量,kg/年;NSr,a为猪当量粪肥养分供给量,kg/(猪当量·年)

1.2.4 区域畜禽粪污土地承载力指数 区域畜禽粪污土地承载力指数等于区域各种动物实际存栏量(以猪当量计)与区域畜禽最大养殖量(以猪当量计)之间的比值,计算公式如下：

式中：I为区域畜禽粪污土地承载力指数;A北区域内饲养的各种动物根据猪当量换算系数,折算成猪当量的饲养总量,猪当量;R北区域畜禽以作物粪肥养分需求为基础的最大养殖量,猪当量;当I>1时,表明该区域畜禽养殖量超载,需要调减养殖量;当I<1时,表明该区域畜禽养殖不超载。

1.3 数据处理

数据处理采用新疆农垦科学院畜牧兽医研究所养殖环境与粪污处理团队研发的“畜禽粪污土地承载力测评系统”专业软件测算。

2 结果与分析

2.1 各典型团场养殖粪污土地承载力

2.1.1 以氮测算养殖粪污土地承载力 由表3可以看出，以氮测算各典型团场养殖粪污土地承载力指数，<0.1的有12个，0.1～0.2之间的10个，在0.2～0.3之间的7个，0.3～0.4之间的3个，0.4～0.5之间的3个，0.5～0.6之间的1个，0.6～0.8之间的没有，0.8～0.9之间的1个，0.9～1.0之间的1个，>1的1个。其中25个团场养殖粪污土地承载力指数在0.5以下，占比89.74%；其中3个团场养殖粪污土地承载力指数在0.5～1.0之间的，占比7.69%；其中1个团场养殖粪污土地承载力指数>1，占比2.56%。由表4可以看出，以氮测算典型团场整体畜禽粪污土地承载力指数0.1241(不超载)，以氮测算典型团场整体土地承载量20461043.9猪当量。

表3 典型团场粪污土地承载力区间团场数量

2.1.1 以磷测算养殖粪污土地承载力 由表5可以看出，以磷测算各典型团场养殖粪污土地承载力指数，<0.1的有14个，0.1～0.2之间9个，在0.2～0.3之间的8个，0.3～0.4之间没有，0.4～0.5之间5个，0.5～0.8之间没有，0.8～0.9之间1个，0.9～1.0之间没有，>1的1个。其中36个团场养殖粪污土地承载力指数在0.5以下，占比92.31%；其中2个团场养殖粪污土地承载力指数在0.5～1.0之间的，占比5.23%；其中1个团场养殖粪污土地承载力指数>1，占比2.56%。由表4可以看出，以磷测算典型团场整体畜禽粪污土地承载力指数0.1100(不超载)，以磷测算典型团场整体土地承载量23072501.7猪当量。总体来看，测定中绝大部分典型团场未来发展养殖的潜力非常大。典型团场整体最大承载量20461043.9猪当量，整体未来可增加承载量17922823.0猪当量。

表5 典型团场粪污土地承载力区间团场数量

2.2 兵团南北疆典型团场养殖粪污土地承载力

由表4可以看出，以氮测算北疆地区团场畜禽粪污土地承载力指数为0.1495(不超载)，南疆地区团场畜禽粪污土地承载力指数为0.0721(不超载)；以磷测算北疆地区团场畜禽粪污土地承载力指数为0.1335(不超载)，南疆地区团场畜禽粪污土地承载力指数为0.0636(不超载)。说明从养殖粪污土地承载力角度分析，说明南疆地区团场比北疆地区团场的养殖空间更大。

表4 典型团场土地承载力

北疆地区团场平均以氮测算土地承载量458163.8猪当量，南疆地区团场平均以氮测算土地承载量745013.5猪当量，南疆团场大于北疆团场；北疆地区团场平均以磷测算土地承载量513249.9猪当量，南疆地区团场平均以磷测算土地承载量843779.0猪当量，南疆团场大于北疆团场。北疆地区团场平均区域最大承载量458163.8猪当量，南疆地区团场平均区域最大承载量745013.5猪当量，南疆团场大于北疆团场。北疆地区团场平均未来可增加承载量389668.3猪当量，南疆地区团场平均未来可增加承载量691307.3猪当量，南疆团场大于北疆团场。进一步说明从养殖粪污土地承载力角度分析，说明南疆地区团场比北疆地区团场的养殖空间更大。

2.3 兵团近郊团场养殖粪污土地承载力

从表4可以看出，以氮测算城郊环境敏感团场畜禽粪污土地承载力总指数为0.0992(不超载)，以磷测算城郊环境敏感团场畜禽粪污土地承载力总指数为0.0909(不超载)。平均以氮测算团场土地承载量671040.9猪当量，平均以磷测算团场土地承载量732581.1猪当量，平均团场最大承载量671040.9猪当量，平均团场可增加承载量604465.3猪当量。但是表4可以看到188团以磷测算承载力指数达到了2.111>1，104团以氮测算承载力指数达到了3.016>1，2个团场均超载。这也进一步说明兵团区域土地承载力测定应以近郊团境敏感团场和养殖大团为重点。

3 讨 论

3.1 关于畜禽养殖土地承载力测算方法

畜禽养殖粪污土地承载力(或者叫农田负荷)按单位面积能够消纳畜禽粪便总量以及粪肥氮和磷的限量等进行估算，一般参考农田能够负荷的畜禽粪便30～45 t/hm2，以最低限度30 t/hm2为最大理论适宜量[14]，粪肥年施氮的限量标准为170 kg/hm2[15]，粪肥年施磷量限量标准为35 kg/hm2[16]。本研究按照董红敏等[10]的测算方法，考虑到了作物种类、产量以及土壤营养状况，同时考虑了畜禽粪污的收集率、不同处理工艺下的存留率、粪肥当季利用率和粪肥替代化肥比例等，因此从测算方法来说更加精准和切合实际[17]，也更加具有指导意义。

3.2 对区域畜禽养殖土地承载力测定的全面认识

区域畜禽养殖粪污土地承载力测定，其最终目的是宏观掌握和评价地区内种植单元对养殖单元粪污的承载消纳能力，间接反映当地畜禽饲养密度与布局的合理性，如果畜禽粪肥排放量超过土地可承受的最大水平土壤就会富营养化，对环境产生负面影响[17]。另外，本研究计算的承载指数是地区的平均值，区域畜禽养殖粪污土地承载力不超载，不能完全说明该地区内的所有土地承载力均不超载，由于区域内局部地区由于集中养殖，配套土地面积不足等原因，而导致局部超载的现象较为常见。所以，只有区域内各规模养殖场(合作社)等配套的土地面积均能满足对养殖粪污的承载，才可保证本区域内畜禽养殖土地承载力完全不超载。由此可见重视区域内各规模化养殖场(合作社)土地承载力测定工作，科学配套消纳土地的面积则更加重要。

3.3 超载团场原因分析与对策

本研究测算了兵团12个近郊团场的畜禽养殖粪污土地承载力，其中紧邻乌鲁木齐市的第十二师104团和近邻北屯市的第十师188团2个近郊团场承载力超载。由于城郊团场具有距城市消费市场近、交通便利、信息畅通、科技水平高等许多有利于畜牧业发展要素聚集的条件，所以畜牧业相对发达，但同时由于城市的不断扩展，城郊农田被征用，种植面积压缩，致使养殖粪污土地承载力超载。超载严重团场必须较少养殖量，以及在邻近不超载地区消纳粪污。另外可以通过优化种植结构，提高植物单位面积产量，在一定程度上提升区域植物粪肥养分需求量；也可以通过优化养殖结构，减少粪污排放量大的畜禽养殖规模，减少粪污的产生量。

4 结 论

兵团39个典型团场整体最大承载量2046万猪当量，整体未来可增加承载量1792万猪当量。兵团大部分团场未来发展养殖的潜力大，南疆团场比北疆团场的养殖发展潜力更大，但兵团近郊环境敏感团场和养殖大团有潜在的氮磷污染风险。